多芯光纤折射率与内应力分布重构技术.docx

"多芯光纤折射率与内应力分布重构技术" 多芯光纤折射率与内应力分布重构技术是解决光传输网容量受限和非线性效应等问题的良好光学元件。光纤本身有三个重要的光学参数：折射率分布、几何结构和内应力分布等。这些参数的特征基本决定了光纤的光学性能。 折射率测量是光纤参数测量的重要部分，主流测量方法有轴向测量和横向测量两种。轴向测量需要将光纤进行切割，该类技术开始于1975年Ikeda提出的端面反射法。然而，反射法需要仪器具有很高的灵敏度来探测光纤端面微弱的反射光，否则难以得到准确的折射率测量结果。1981年，Young提出了近场折射法，基于这种技术，Fontaine发明了一种折射率剖面的测量仪。后来，Zhong提出了使用化学腐蚀结合原子力显微镜测量光纤折射率的方法。这是一种非光学的测量方法，测量精度可以达到纳米量级，但难点在于必须从光纤的腐蚀深度和速度来得到折射率分布。 横向测量技术属于无损测量且拥有更高的分辨率，是目前折射率测量的主要方法。该类技术最早开始于1979年，Boggs和Presby提出使用横向干涉仪测量光纤剖面。随后，Bachim又引入了断层扫描原理，但需要在横向分辨率和测量准确性之间求折中，分辨率较低。为了提升分辨率，Yablon提出了一种色散Fourier变换光谱学技术来测量光纤的横截面折射率，属于干涉型测量方法。1998年，Barty提出了一种非干涉技术来测量光束横向穿过光纤后形成的相移，即QPM法。 光纤内应力分布的测量原理主要基于光弹性效应。光纤中残余应力会导致双折射产生，根据光弹效应，当光束横向穿过光纤时会产生一定的光延迟。通过测量光延迟的分布，就可以计算出光纤中残余应力的分布特性。光延迟的测量方法研究最早开始于1982年，Chu和Whitbread首次提出了使用相位补偿法测量光延迟。随后，Colomb提出了使用偏振数字全息显微法对光延迟测量进行改进。2006年，Montarou提出了可对较低光延迟进行准确测量的BKC法。 由于光纤折射率和内应力之间存在一定的关系，二者的联合测量就显得尤为重要。2012年，Hutsel实现了光纤折射率和应力分布的联合测量，得到单模光纤的折射率分辨率约5×10−4量级，横截面平均轴向内应力为+4.70 MPa。 基于QPM法、BKC法与机器视觉技术的多芯光纤综合参数测试系统，可以实现多芯光纤等特种光纤的光学参数综合测量。该系统可以获得多芯光纤的折射率分布与几何结构图、单模光纤的内应力分布图等。